高压往复泵泵阀虚拟设计

高压往复泵泵阀虚拟设计
关维娟,许　峰,陈清华
(安徽理工大学,安徽淮南232001)
摘要:在对往复泵泵阀设计理论和虚拟制造技术进行系统分析和研究的基础上,结合产品
设计和改造的实际经验,对往复泵泵阀的虚拟设计技术进行了研究。

实现了往复泵泵阀设计的程序化,包括主要零部件参数计算、强度校核、参数化绘图、泵阀的虚拟装配和干涉检查等。

关键词:往复泵泵阀;虚拟设计;参数化绘图中图分类号:TH3　文献标志码:A 文章编号:100320794(2007)0120004203
H igh -pressure R eciprocating -pump V alve Virtual Design
GUAN Wei -ju an ,XU Feng ,CHEN Q ing -hu a
(Anhui University of Science and T echnology ,Huainan 232001,China )
Abstract :Based on systematical analysis and study about the existed reciprocating -pum p valve design theory and virtual manufacturing technology ,study the high -pressure reciprocating -pum p valve virtual design tech 2nique according to practical experience in design and im provement about reciprocating -pum p of manufactur 2ers.Realized the programmed process about reciprocating -pum p valve design ,which including main parts size calculation ,strength check ,parametric drawing ,reciprocating -pum p valve virtual assembly and dynamic simulation.
K ey w ords :reciprocating -pum p valve ;virtual design ;parametric drawing
0　前言
泵阀是高压往复泵的重要组成部件,也是往复泵中最重要的易损件之一,它的设计好坏直接影响泵的工作性能和使用寿命。

传统泵阀设计方法以手工设计为主,设计周期长、效率低,设计水平具有局限性。

虚拟设计技术是一门新兴的综合学科,虽然出现时间不长,但是由于其具有低能耗、高效率和高度集成等特点,已经得到了广泛认可。

本文利用VB6.0编写泵阀设计的主控程序,完成泵阀的尺寸
设计计算、强度校核,结合AutoC AD 和S olid W orks 完成往复泵泵阀虚拟模型的建立和虚拟装配过程。

1　泵阀主要设计参数
泵阀类型一般有平板阀和锥形阀,其中平板阀由于结构相对简单,加工方便,成本低,而被许多往复泵采用。

此处采用平板阀,整个泵阀包括吸入阀和排出阀,主要由阀座、阀板、阀导向杆、弹簧等零件组成。

(1)阀座孔径d k
阀座孔径d k 可按经验,根据阀座孔最大流速
v k max 初步确定
d k =0.02
Q tf
v k max
(1)
单作用泵时,通过一个阀(吸入阀或排出阀)的理论
平均流量
Q tf =ASn
60000000Z f
(2)
式中
Z f ———各缸(工作腔)中,吸入阀或排出阀的
数目;
A ———柱塞截面积,m 2
;S ———柱塞行程,m ;n ———柱塞每分钟往复次数,spm 。

(2)阀板厚度δ
δ=(17～14
)d k (3)
按式(3)初定,而后再进行强度校核。

(3)阀板直径d f
当阀座孔径d k ,密封宽度b 已确定,阀板直径 d f =d k +2b (4)
(4)允许关闭速度[u f ]的确定
由于泵阀是处于经常启闭下工作,频率很高。

因此泵阀不仅要满足静压强度校核而且特别要注意到关闭速度。

因此,弹簧阀设计的重要控制条件之一,就是控制允许的关闭速度,即
[u f ]≤
K βA j
m f
(5)
式中A j ———阀板与阀密封接触面面积,m 2
,对盘
形阀A j =πd z b ;
—
4
—第28卷第1期2007年　1月
煤　矿　机　械C oal Mine Machinery
V ol 128N o 11Jan.2007
d z ———密封面平均直径,d z =1
2(d f
+d k );m f ———泵阀质量,kg ;K β———阿道尔夫试验系数,
kg Πm ・s ,K β=
010126～010135,平均取K β=010130。

(5)阀板最大升程h max
h max =[u f ]
ω
(6)因为ω=πn 30≈1
10n ,所以h max ≈011
[u f ]n
设计好主要参数后,再进行强度校核,即阀板与阀座密封面比压校核和阀板弯曲强度校核,具体步骤详见有关资料。

2　泵阀虚拟设计
首先在VB6.0的I DE 中编写主控程序代码和人机交互界面;利用Access 建立系统的参数库;在AutoC AD 中利用其内嵌的VBA 编写平面参数化绘图程序;通过控制S olid W orks 中的API 来创建出三维实体图;在S olid W orks 中进行虚拟装配,最终完成泵阀的虚拟设计。

系统主要由六大模块组成:计算系数、泵阀设计、弹簧设计、强度校核、参数化绘图、虚拟装配。

图1为泵阀虚拟设计的软件流程图。

图1　软件流程图
(1)确定计算系数
确定泵阀设计用到的参数包括:泵阀孔最大瞬
时流速v k max 、阿道夫试验系数K β、阀板厚度δ的计算K 1和介质重度γj 。

取值范围分别是v k max =1～4m Πs ,v k max 一般按经验选取:流速过大,阻力损失大,
影响泵的吸入性能,流速选取过小,泵阀尺寸过大,泵阀质量增大;阿道夫试验系数K β取值范围为K β=1126～1.35;阀板厚度δ的计算K 1取值范围为
K 1=0114～0.4;介质重度γj 取值范围为γj =5×
103～20×103N Πm 3。

弹簧钢材料为65Mn 、60SiMn ;密
封面材料可为不锈钢、高强度钢、超高强度钢;阀板材料为不锈钢、高强度钢、超高强度钢,可根据实际
需要选用不同的材料类型。

零部件设计参数如弹簧的扭转许用应力、密封面材料允许比压、阀板许用弯曲应力等,根据选择的具体材料类型设定。

(2)泵阀设计
泵阀设计模块将根据确定计算参数输入和设定的数据,确定泵阀设计中的11个重要参数,它们分别是阀座孔径d k 、最大升程h max 、密封面接触宽度b 、弹簧初始安装力F 0、阀板直径d f 、弹簧刚度C 、阀板厚度δ、弹簧最大工作力F 1、阀板重量G f 、阀上最大载荷F max 和允许关闭速度等,这些均由程序自动完成。

(3)弹簧设计
弹簧设计模块将确定弹簧的8个重要参数,它们分别是弹簧中径D m 、弹簧节距t 、弹簧钢丝直径d h 、自由高度H 、弹簧工作圈数i 、安装高度H 0、弹簧总圈数i 1和弹簧钢丝展开长L 等。

泵阀弹簧的工作圈数或总圈数可以通过公式计算出来,但算出的圈数可能是小数,必须进行圆整,即弹簧圈数取整或取半。

在编制圆整程序时,设i 为计算圈数,再设置2个转换变量,当计算圈数i 的小数位在0～0.15之间及大于0.75时,可圆整为计算圈数的整数位;当计算圈数i 的小数位在0.15～0.75之间时,可圆整为计算圈数的整数位加0.5,即取半。

(4)强度校核
强度校核模块主要实现:阀板与阀座密封面比压校核和阀板弯曲强度的自动计算,并由程序判断校核的强度值是否满足要求,从而决定是否重新设计计算参数。

(5)参数化绘图
采用参数化绘图最大的优点是提高绘图效率,避免了手工绘图的繁琐,除了利用VBA 可进行二维参数化绘图外,通过控制三维绘图软件S olid W orks 中的应用程序API 接口,更能实现三维实体的参数化建模。

根据前面模块设计的尺寸参数,能快速构建阀板、阀座和弹簧等零部件。

(6)虚拟装配
零件装配是根据各组零件之间的相互连接关系进行的,S olid W orks 提供了固定、面匹配、面对齐、插入、连接等多种装配关系,在该模块中可以采用手动装配和自动装配2种方式。

手动装配是由用户分别调用各个零部件模型来构造泵阀的装配模型,要求用户必须熟悉各零部件之间的相对位置。

S olid W orks 自动记录建模过程中的尺寸定义,并可将整个建模过程中的特征操作记录下来,这样就可以通　第28卷第1期 高压往复泵泵阀虚拟设计———关维娟,等 V ol 128N o 11　
新型机电液自控张紧绞车的设计
张　阳,侯友夫,孟庆睿
(中国矿业大学机电工程学院,江苏徐州221008)
摘要:介绍了一种新型机电液自控张紧绞车,绞车在传动系统中采用了液黏传动技术,电控
部分采用P LC 技术,既能满足动态又能满足稳态2种工况,且张紧力可调,反应灵敏、动作迅速,同时实现了软启动。

关键词:带式输送机;自控张紧绞车;液黏传动中图分类号:T D534　文献标志码:A 文章编号:100320794(2007)0120006203
Design of N e w Type Autocontrol Straining Winch B ased on
Mechanism and E lectric -hydraulics
ZH ANG Yang ,H OU You -fu ,MENG Q ing -rui
(C ollege of E lectromechanical Engineering ,China University of M ining and T echnology ,Xuzhou 221008,China )
Abstract :A new type autocontrol straining winch based on mechanism and electric -hydraulics is introduced.Hydroviscous driving technology is applied in the driving system of the winch whose controlling part uses P LC.The winch can w ork in either dynamic or static condition.With adjustable straining force ,sensitive response and rapid act ,the machine has higher security and reliability.
K ey w ords :belt convey or ;autocontrol straining winch ;hydroviscous driving
0　前言
带式输送机是输送散装物料主要设备之一,该设备目前正在向大运量、长运距、大倾角和强适应性方向发展,其零部件也正向高性能、长寿命、低能耗方向发展。

带式输送机在起、停过程中和正常运行时输送带的弹性变形与输送量的变化都使输送带的
过S olid W oks 预留的API 接口将过程中记录的操作反馈给设计人员,利用VB 生成S olid W orks 的装配文档,进而通过记录其各个装配路径生成相应的矩阵。

最后通过对矩阵的优化处理,
在包含多个装配序列的装配树中找到一个最合理的装配路线,从而实现自动装配。

装配体完成后需进行静态干涉检查,确定零部件设计的合理性,对于存在干涉的零部件,重新进行尺寸计算和造型,直到所有零部件均能通过静态干涉检查为止。

如图2为高压往复泵泵阀总装配图。

图2　往复泵泵阀总装配图
3　结语
本文研究利用VB 编程,基于AutoC AD 和S olid W orks 二次开发技术的高压往复泵泵阀虚拟设计,是将虚拟制造技术应用于往复泵泵阀设计的有益尝试。

在计算机上实现了从泵阀概念设计到虚拟装配的全过程,实际使用证明,可有效降低往复泵泵阀研究成本、缩短研发周期和提高设计水平,具有一定的实用价值。

参考文献:
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(3):46-47.
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作者简介:关维娟(1981-),女,安徽淮南人,安徽理工大学教师,在读硕士研究生,从事优化算法方面的研究,电话:0554-*******,电子信箱:ahhnds @.
收稿日期:2006210216
第28卷第1期2007年　1月
煤　矿　机　械C oal Mine Machinery
V ol 128N o 11Jan.2007。